CN108060183A - 一种脂肪酶催化在线合成6-（苄硫基）-6-氧代己酸乙烯酯的方法 - Google Patents

一种脂肪酶催化在线合成6-（苄硫基）-6-氧代己酸乙烯酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脂肪酶催化在线合成6‑（苄硫基）‑6‑氧代己酸乙烯酯的方法：以二甲亚砜为反应溶剂，以摩尔比为1:0.5～6的苄基硫醇与己二酸二乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme TL IM为催化剂，将原料和反应溶剂置于注射器中，将脂肪酶Lipozyme TL IM均匀填充在微流控通道反应器的反应通道中，在注射泵的推动下使原料和反应溶剂连续通入反应通道器中进行酰化反应，所述微流控通道反应器的反应通道内径为0.8～2.4mm，反应通道长为0.5～1.0m；控制酰化反应温度为20～60℃，酰化反应时间为20～40min，通过产物收集器在线收集反应液，反应液经常规后处理得到6‑(苄硫基)‑6‑氧代己酸乙烯酯。本发明具有反应时间短、选择性高及产率高的优点。

Description

一种脂肪酶催化在线合成6-（苄硫基）-6-氧代己酸乙烯酯的 方法
技术领域
本发明涉及一种脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法。
背景技术
许多人工合成或天然的含硫有机化合物都具有生物活性。硫酯类化合物因其独特的化学结构而具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤等药理活性，是有机合成和化学生物学中的重要中间体。同时，硫酯类结构还具有保护不稳定的硫醇官能团的作用，增加其药物活性，覆盖SH键的气味，在食品、医药、农药以及化妆品行业广泛应用。
硫酯类化合物的合成一般采用酯化法，该方法主要以硫酸、苯磺酸等强酸作为催化剂，这类催化剂腐蚀性强，对设备要求苛刻，环境污染严重。另有报道采用三氟甲磺酸盐或过渡金属催化制备硫酯类化合物，这类反应存在过渡金属络合物制备困难、价格昂贵、易流失、较难回收、会产生对环境有害的物质等缺点。随着环境污染问题的日益突出，迫切要求发展对人类健康和环境危害较少的绿色高效合成方法。
酶催化反应是绿色化学研究的一个重点。酶促反应因其反应条件温和，选择性高以及作用底物范围广而在有机合成中引起广泛关注。但是酶促反应往往需要较长的反应时间，并且对于特定底物存在反应介质对底物溶解与酶活抑制的制约，因而在生物催化反应基础上发展一种基于微流控反应技术的酶促硫酯类化合物的合成成为我们的研究热点。
微流控技术是20世纪90以来新兴的一门技术，是一种是以微米为数量级的尺度空间对反应物进行操控为主要特征的技术，可将样品的制备、反应、分离、检测等操作单元集成到一块微小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，从而取代常规生化实验室的多种功能。微流控技术在生物、化学和医学等领域应用广泛。
1995年，微系统首次在德国西部美因茨的一个实验室中被应用于化学和生物学的反应，这可以看做是微系统广泛应用的开端。1997 年召开了首个关于微技术的国际会议(IMRET1)。至此，微流控芯片反应器已成功地用于多种有机合成反应，并展示了广泛的应用前景。随着微流控芯片中微混合、微反应技术的发展，在芯片中进行合成反应已经成为微流控芯片领域的研究热点之一。
同常规化学反应器相比，微通道具有微米级的内径尺度和超大的比表面积，它的扩散距离要短很多，传质速度快；它的传热效率也远高于常规化学反应器，可应用于反应剧烈放热或高选择性的反应。反应物配比、温度、反应时间和流速等反应条件容易控制，副反应较少；需要反应物用量甚微，不但能减少昂贵、有毒、有害反应物的用量，反应过程中产生的环境污染物也极少，是一种环境友好、合成研究新物质的技术。
到目前为止，酶催化合成硫酯类化合物的研究还相对较少，并且酶促硫酯类化合物的合成多采用酰化酶，该方法需要较长的反应时间(48h)且对于特定底物反应的转化率不是特别理想，且反应成本较高。为了开发一种高效绿色、经济环保的硫酯类化合物合成的新技术，我们研究了微通道反应器中脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，旨在寻找一种高效环保的6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的在线合成的新技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微流控通道反应器中脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的新工艺，具有反应时间短、产率高、选择性好的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，所述方法采用微流控通道反应器，所述的微流控通道反应器包括依次连接的注射器、反应通道和产物收集器，所述注射器安装于注射泵中，所述的注射器通过第一连接管道与反应通道入口连接，所述产物收集器通过第二连接管道与反应通道出口连接，所述反应通道内径为0.8～2.4mm，反应通道长为0.5～1.0m；所述方法包括：以二甲亚砜为反应溶剂，以苄基硫醇和己二酸二乙烯酯为原料，以脂肪酶 LipozymeTL IM为催化剂，将所述的原料和所述的反应溶剂置于注射器中，将脂肪酶LipozymeTL IM均匀填充在反应通道中，在注射泵的推动下使所述的原料和所述的反应溶剂连续通入反应通道中进行酰化反应，控制反应温度为20～60℃，反应时间(本发明中所述反应时间指反应物进入反应通道至离开反应通道所滞留的反应时间)为20～40min，通过产物收集器在线收集反应液，所述的反应液经后处理得到6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯；所述的苄基硫醇与己二酸二乙烯酯的物质的量之比为1:0.5～6；所述的催化剂的加入量以所用反应溶剂的体积计为0.025～0.05g/mL。
进一步，本发明采用的微流控通道反应器中，所述注射器数目可以是一个或多个，视具体反应需求而定。本发明反应原料为两种，优选使用两个注射器，具体的，所述的注射器分别是第一注射器与第二注射器，所述的第一连接管道为Y型或T型管道，所述的第一注射器与第二注注射器分别连接在所述的Y型或T型管道的两个接口并通过所述的Y型或T型管道与所述的反应通道串联，通过微通道的反应物分子接触与碰撞几率增大，使两股反应液流在公共的反应通道中混合并进行反应。
再进一步，更为具体的，本发明所述的方法包括下列步骤：
以物质的量之比为1:0.5～6的苄基硫醇与己二酸二乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme TLIM为催化剂，以二甲亚砜为反应溶剂，将脂肪酶Lipozyme TLIM均匀填充在反应通道中，先用二甲亚砜溶解苄基硫醇装于第一注射器中；用二甲亚砜溶解己二酸二乙烯酯装于第二注射器中；再将第一注射器、第二注射器装于同一注射泵中，然后在注射泵的同步推动下使原料和反应溶剂通过所述的Y型或T型管道汇总并后进入反应通道中进行反应，控制反应温度为20～60℃，反应时间为20～40min，通过产物收集器在线收集反应液，反应液经后处理制得6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯；所述的催化剂的加入量为 0.5～1g。
第二注射器中所述己二酸二乙烯酯的浓度通常为 0.05～0.6mmol/mL。
本发明中所述第一注射器与第二注射器的规格一致，第一注射器中所述苄基硫醇的浓度通常为0.1mmol/mL。
进一步，所述的微流控通道反应器还包括恒温箱，所述的反应通道置于恒温箱中，以此可以有效控制反应温度。所述的恒温箱可以根据反应温度要求自行选择，比如水浴恒温箱等。
本发明对于反应通道的材质不限，推荐使用绿色、环保的材质，例如硅胶管；对于反应通道的形状最好为曲线形，可以保证反应液匀速稳定的通过。
本发明中，所述的脂肪酶Lipozyme TLIM使用诺维信(novozymes) 公司生产的商品，其是一种由微生物制备的、1,3位置专用、食品级脂肪酶(EC3.1.1.3)在颗粒硅胶上的制剂。它是从 Thermomyceslanuginosus得到的、用一种基因改性米曲霉(Aspergillusoryzae)微生物经过深层发酵生产的。
本发明方法将脂肪酶Lipozyme TLIM均匀填充在反应通道，可通过物理法直接将颗粒状的催化剂均匀固定于反应通道内即可。
进一步，所述苄基硫醇与己二酸二乙烯酯的物质的量之比优选为 1:1～3，最优选为1:2。
进一步，所述酰化反应温度优选为45～55℃，最优选为50℃。
进一步，所述酰化反应时间优选为25～35min，最优选为30min。
本发明的反应产物可以在线收集，所得反应液可以通过常规后处理方法即可获得6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯。所述常规后处理方法可以是：所得反应液减压蒸馏除去溶剂，用200-300目硅胶湿法装柱，洗脱试剂为石油醚:乙酸乙酯体积比＝20:1，样品用少量洗脱试剂溶解后湿法上柱，收集洗脱液，同时TLC跟踪洗脱进程，将得到的含有单一产物的洗脱液合并蒸干，可以得到黄色油状物，即为6- (苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明在微流控通道反应器中利用脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯，该法不仅大大地缩短了反应时间，而且具有高的转化率和选择性；同时首次利用经济的脂肪酶Lipozyme TLIM催化硫酯酰化反应，降低了反应成本，具有经济高效的优势。
附图说明
图1为本发明实施例采用的微流控通道反应器的结构示意图。
图中，1、2-注射器，3-反应通道，4-产物收集器，5-水浴恒温箱。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的保护范围作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
本发明实施例使用的微流控通道反应器的结构参考图1，包括一个注射泵(未显示)、两个注射器1和2、反应通道3、水浴恒温箱(5，仅显示其平面示意图)和产物收集器4；两个注射器1和2安装于注射泵中，通过一个Y型接口与反应通道3入口连接，所述反应通道3置于水浴恒温箱5中，通过水浴恒温箱5控制反应温度，所述的反应通道3的内径2.0mm，管长1m，所述反应通道3出口通过一接口与产物收集器4连接。
实施例1：6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的合成
装置参考图1：将苄基硫醇(1.0mmol)溶解在10mLDMSO中，己二酸二乙烯酯(2.0mmol)溶解在10mL DMSO中，然后分别装于 10mL注射器中备用。0.87g脂肪酶LipozymeTL IM均匀填充在反应通道中，在PHD2000注射泵推动下，两路反应液分别以10.4μL·min-1的流速通过“Y”接头进入反应通道中进行反应，通过水浴恒温箱控制反应器温度在50℃，反应液在反应通道内连续流动反应30min，反应结果通过薄层色谱TLC跟踪检测。
通过产物收集器在线收集反应液，减压蒸馏除去溶剂，用200-300 目硅胶湿法装柱，洗脱试剂为石油醚:乙酸乙酯＝20:1，柱高35cm，柱直径4.5cm，样品用少量洗脱试剂溶解后湿法上柱，洗脱液收集流速2 mL·min-1，同时TLC跟踪洗脱进程，将得到的含有单一产物的洗脱液合并蒸干，得到黄色油状物，获得6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯， HPLC检测苄基硫醇转化率95％，选择性99％。
核磁表征结果如下：
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ＝7.35-7.24(m,6H),4.90(ddd,J＝14.0,3.4,1.6Hz,1H),4.59(ddd,J＝6.3,2.4,1.7Hz,2H),4.14(d,J＝ 3.5Hz,1H),2.60(m,2H),2.46-2.38(m,2H),1.95-1.50(m,4H).13C NMR(125MHz,CDCl3):δ＝198.1,170.1,141.1,137.5,128.7,128.6, 127.2,97.6,43.2,33.4,33.1,24.7,23.8.
实施例2-5
以苄基硫醇的用量为基准，改变微流控微通道反应器中苄基硫醇与己二酸二乙烯酯的底物物质的量之比，控制温度50℃,其他同实施例1，结果如表1所示：
表1:苄基硫醇与己二酸二乙烯酯底物物质的量之比对反应的影响
实施例 苄基硫醇:己二酸二乙烯酯 转化率[％] 选择性[％]
2 1:1 75 98
1 1:2 95 99
3 1:3 90 98
4 1:4 85 97
5 1:5 83 99
表1的结果表明，当流速为10.4μL·min-1，反应时间均为30min，反应温度均为50℃，反应器以DMSO为有机溶剂，随着反应物己二酸二乙烯酯的增加，反应的转化率也随着增加，当底物比苄基硫醇与己二酸二乙烯酯为1:2时，反应的转化率最优，所以本发明中微流控微通道反应器中最佳底物物质的量之比为1:2。
实施例6-9
改变微流控通道反应器的温度，其他同实施例1，反应结果如表 2所示：
表2：温度对反应的影响
表2的结果表明，当流速为10.4μL·min-1，反应时间均为30min，反应器以DMSO为有机溶剂，反应物苄基硫醇与己二酸二乙烯酯物质的量之比均为1:2，当反应温度处于50℃时，反应的转化率最佳，温度或太高或太低都将影响酶的活性。所以本发明中微流控微通道反应器中最佳温度为50℃。
实施例10-13
改变微流控通道反应器的反应时间，其他同实施例1，反应结果如表3所示：
表3：反应时间对反应的影响
实施例 时间[℃] 转化率[％] 选择性[％]
10 20 76 97
11 25 84 98
1 30 95 99
12 35 90 95
13 40 84 96
表3的结果表明，当反应器以DMSO为有机溶剂，反应物苄基硫醇与己二酸二乙烯酯物质的量之比均为1:2，反应温度均为50℃，当反应时间为30min的时候，反应转化率高达95％。所以本发明中微流控微通道反应器中最佳反应时间30min。
对比例1-3
改变微流控微通道反应器中的催化剂，分别改为猪胰脂肪酶PPL (对比例1)、脂肪酶Novozym 435(对比例2)、枯草杆菌碱性蛋白酶(对比例3)，其他同实施例1，结果如表4所示。
表4：不同酶对反应转化率及选择性的影响
对比例 酶源 转化率[％] 选择性[％]
1 PPL 22 74
2 Novozym 435 15 96
3 枯草杆菌碱性蛋白酶 26 87
实施例1 Lipozyme TLIM 95 99
表4的结果表明，对于微流控通道反应器中酶促苄基硫醇的酰化反应而言，不同的酶对反应有着十分明显的影响。利用枯草杆菌碱性蛋白酶催化反应，6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的转化率为26％。而利用Novozym 435催化该反应，6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的转化率仅为15％。从表4的结果看，对于微流控通道反应器中酶促苄基硫醇的酰化反应而言，最有效的催化剂为脂肪酶Lipozyme TLIM，苄基硫醇的转化率为95％，选择性为99％。

Claims (9)

1.一种脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述方法采用微流控通道反应器，所述的微流控通道反应器包括依次连接的注射器、反应通道和产物收集器，所述注射器安装于注射泵中，所述的注射器通过第一连接管道与反应通道入口连接，所述产物收集器通过第二连接管道与反应通道出口连接，所述反应通道内径为0.8～2.4mm，反应通道长为0.5～1.0m；所述方法包括：以二甲亚砜为反应溶剂，以苄基硫醇和己二酸二乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme TL IM为催化剂，将所述的原料和所述的反应溶剂置于注射器中，将脂肪酶Lipozyme TL IM均匀填充在反应通道中，在注射泵的推动下使所述的原料和所述的反应溶剂连续通入反应通道中进行酰化反应，控制反应温度为20～60℃，反应时间为20～40min，通过产物收集器在线收集反应液，所述的反应液经后处理得到6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯；所述的苄基硫醇与己二酸二乙烯酯的物质的量之比为1:0.5～6；所述的催化剂的加入量以所用反应溶剂的体积计为0.025～0.05g/mL。
2.如权利要求1所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述的注射器有两个，分别是第一注射器与第二注射器，所述的第一连接管道为Y型或T型管道，所述的第一注射器与第二注注射器分别连接在所述的Y型或T型管道的两个接口并通过所述的Y型或T型管道与所述的反应通道串联。
3.如权利要求2所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述的方法包括下列步骤：以物质的量之比为1:0.5～6的苄基硫醇与己二酸二乙烯酯为原料，以脂肪酶Lipozyme TL IM为催化剂，以二甲亚砜为反应溶剂，将脂肪酶Lipozyme TL IM均匀填充在反应通道中，先用二甲亚砜溶解苄基硫醇装于第一注射器中；用二甲亚砜溶解己二酸二乙烯酯装于第二注射器中；再将第一注射器、第二注射器装于同一注射泵中，然后在注射泵的同步推动下使原料和反应溶剂通过所述的Y型或T型管道汇总并后进入反应通道中进行反应，控制反应温度为20～60℃，反应时间为20～40min，通过产物收集器在线收集反应液，反应液经后处理制得6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯；所述的催化剂的加入量为0.5～1g。
4.如权利要求1所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述微流控通道反应器包括恒温箱，所述反应通道置于恒温箱中。
5.如权利要求3所述的脂肪酶催化在线合成S-硫代乙酸苄酯的方法，其特征在于：所述微流控通道反应器包括恒温箱，所述反应通道置于恒温箱中。
6.如权利要求1～5之一所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述苄基硫醇与己二酸二乙烯酯的物质的量之比为1:1～3。
7.如权利要求1～5之一所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述酰化反应温度为40～60℃，所述酰化反应时间为25～35min。
8.如权利要求1～5之一所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于：所述苄基硫醇与己二酸二乙烯酯的物质的量之比为1:2。
9.如权利要求1～5之一所述的脂肪酶催化在线合成6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯的方法，其特征在于所述后处理方法为：所得反应液减压蒸馏除去溶剂，所得粗产物经硅胶柱层析分离，用200-300目硅胶湿法装柱，洗脱试剂为石油醚:乙酸乙酯体积比20:1的混合溶剂，粗产物用少量洗脱试剂溶解后湿法上柱，收集洗脱液，同时TLC跟踪洗脱进程，将得到的含有单一产物的洗脱液合并蒸干，得到黄色油状物，即为6-(苄硫基)-6-氧代己酸乙烯酯。
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